Les planètes rocheuses comme la Terre auraient toutes commencé comme de la poussière entourant les étoiles nouvellement nées, et des indices sur l'origine de ces poussières nous parviennent dans les météorites et les comètes d'aujourd'hui, ainsi que des observations de disques circumstellaires autour de jeunes étoiles.
Mais le mystère a enveloppé les détails de l'évolution de la poussière et comment elle finit par former des objets plus grands. Maintenant, deux articles dans le journal La nature proposent un nouveau mécanisme pour l'expliquer.
Le nouveau mécanisme repose sur les grains de poussière cristallins soumis à un choc thermique, qui ont en quelque sorte migré de leur lieu de création - vraisemblablement près du Soleil - vers le système solaire extérieur. Par implication, le même processus devrait se produire autour d'autres jeunes étoiles.
Un trio d'hypothèses passées avait été proposé pour expliquer la migration, mais aucune d'entre elles ne cadrait parfaitement. Ils comprenaient, selon le physicien Dejan Vinkovic de l'Université de Split en Croatie, un mélange turbulent, un lancement balistique de particules dans un vent dense créé par l'interaction du disque d'accrétion avec le champ magnétique de la jeune étoile (appelé le modèle X-wind), et mélange médié par des bras en spirale transitoires dans des disques légèrement instables par gravité. Vinkovic est l'auteur principal de l'un des La nature papiers.
"Le mélange turbulent nécessite une source de viscosité turbulente efficace et l'instabilité magnétorotationnelle est invoquée comme le candidat le plus prometteur, mais de grandes étendues du disque ne sont pas considérées comme suffisamment ionisées pour maintenir cette instabilité active", écrit-il. «Le modèle du vent X repose sur la notion théorique des configurations de champ magnétique au voisinage immédiat des étoiles pré-séquence principale et de grands espoirs sont placés sur les observations futures pour résoudre cette situation difficile.»
Et enfin, "Le modèle des bras en spirale est dans le domaine des discussions sur la question de savoir si les données numériques, les approximations physiques et les hypothèses sur les conditions initiales sont suffisamment réalistes pour rendre les résultats plausibles."
Dans l'autre article, Peter Abraham de l'Académie hongroise des sciences et ses collègues trouvent la signature de la poussière cristalline après qu'une jeune étoile s'est évasée, tandis que les données d'archives n'en ont montré aucun signe avant l'éruption.
L'article de Vinkovic étudie le mélange de grosses particules de poussière cristalline dans la nébuleuse protoplanétaire autour du jeune Soleil.
La force produite par la lumière qui brille sur un objet est un phénomène bien connu appelé pression de rayonnement. Nous ne le ressentons pas dans la vie quotidienne car nous sommes trop massifs pour que cet effet soit perceptible. Pour les très petites particules, en revanche, cette force peut être plus grande que la gravité qui maintient les particules en orbite autour de l'étoile. Jusqu'à présent, les enquêtes se sont concentrées uniquement sur la pression de rayonnement due à la lumière des étoiles. Les résultats ont montré que les grains individuels ne voyageraient pas loin et seraient poussés plus profondément dans le disque.
Vinkovic rapporte que le rayonnement infrarouge provenant du disque poussiéreux peut projeter des grains plus gros qu'un micromètre hors du disque intérieur, où ils sont poussés vers l'extérieur par une pression de rayonnement stellaire tout en glissant au-dessus du disque. Les grains rentrent dans le disque à des rayons où il fait trop froid pour produire un support de pression de rayonnement infrarouge suffisant pour une taille de grain et une densité solides données.
Cependant, Vinkovic souligne que ce n'est pas seulement l'étoile, mais aussi le disque qui brille. En étudiant les effets sur les grains de poussière protoplanétaires supérieurs à un micromètre, ce qui est comparable à la taille des particules de fumée de cigarette, Vinkovic a découvert que la lumière infrarouge intense des régions les plus chaudes du disque protoplanétaire est capable de pousser ces poussières hors du disque. Le rayonnement infrarouge est ce que nous pouvons ressentir comme de la «chaleur» sur notre peau. La combinaison de la pression de rayonnement de l'étoile et du disque crée une force nette qui permet aux grains de poussière de surfer le long de la surface du disque des régions intérieures aux régions extérieures du disque.
Les températures dans cette région chaude atteignent environ 1500 degrés Kelvin (2200 degrés Fahrenheit), suffisamment pour vaporiser les particules de poussière solides ou pour modifier leur structure physique et chimique. Le mécanisme décrit par Vinkovic dans son article transférerait ces particules de poussière altérées vers des régions de disque plus froides loin de l'étoile. Cela peut expliquer pourquoi les comètes contiennent une combinaison déroutante de glaces et de particules altérées à des températures élevées. Les astronomes sont perplexes devant ce mélange, car les comètes se forment dans les régions des disques froids à partir de substances gelées comme l'eau, le dioxyde de carbone ou le méthane. Les particules de poussière rocheuses qui finissent mélangées avec des glaces ne devraient donc jamais subir de températures élevées.
Dans un éditorial accompagnant les études, l'astrophysicien Aigen Li de l'Université du Missouri a écrit que l'origine des silicates cristallins dans les comètes "fait l'objet d'un débat depuis leur première détection il y a 20 ans".
Bien que Li vante la promesse dans la nouvelle théorie, «il serait intéressant de voir si d'autres mécanismes tels que le mélange turbulent et le modèle« X-wind »porteraient efficacement des grains submicrométriques, qui sont des émetteurs efficaces à mi-IR, vers l'extérieur et les incorporer dans comètes », écrit-il. «Il est également possible que certains - mais pas tous - des silicates cristallins soient fabriqués in situ dans des comes cométaires.»
Source: communiqué de presse de Vinkovic. Regardez une courte animation montrant comment fonctionne le nouveau mécanisme de mouvement de la poussière.
